干旱鍛煉對(duì)鹽脅迫下水稻幼苗根系抗氧化酶活性的影響

梅映學(xué)，魏 瑋，張?jiān)娡瘢瑥堩y璐，王金緣，王 茜，蘇 昕，馬蓮菊（沈陽(yáng)師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，遼寧沈陽(yáng)110034）

干旱鍛煉對(duì)鹽脅迫下水稻幼苗根系抗氧化酶活性的影響

梅映學(xué)，魏 瑋，張?jiān)娡瘢瑥堩y璐，王金緣，王 茜，蘇 昕，馬蓮菊*
（沈陽(yáng)師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，遼寧沈陽(yáng)110034）

采用PEG預(yù)處理對(duì)遼星1號(hào)水稻幼苗進(jìn)行干旱鍛煉，研究其對(duì)鹽脅迫下水稻幼苗根系的緩解作用。水稻幼苗培養(yǎng)1周后用10%PEG-6000預(yù)處理3 d，然后復(fù)水3 d，最后用100 mmol·L-1NaCl脅迫處理3 d。測(cè)定水稻幼苗根系的相對(duì)含水量、根系活力、丙二醛含量及抗氧化酶（SOD、POD、CAT、APX）活性。結(jié)果表明，PEG預(yù)處理的水稻幼苗根系MDA含量顯著低于鹽脅迫的處理（P＜0.05），而幼苗根系相對(duì)含水量、根系活力以及抗氧化酶活性則均高于鹽脅迫處理。說(shuō)明PEG預(yù)處理可以提高水稻幼苗根系的耐鹽性，緩解水稻幼苗在鹽脅迫下所受的部分傷害。

PEG預(yù)處理；鹽脅迫；水稻；抗氧化酶活性

隨著工業(yè)革命的快速發(fā)展，土壤鹽堿化日益嚴(yán)重，據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)農(nóng)田鹽漬化土壤已經(jīng)達(dá)到700萬(wàn)hm2，導(dǎo)致糧食大幅度減產(chǎn)，有些地區(qū)甚至顆粒無(wú)收［1］。鹽脅迫嚴(yán)重影響植物的光合作用、呼吸作用、各種代謝等生理生長(zhǎng)過(guò)程，導(dǎo)致植物滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)減少［2］、生長(zhǎng)緩慢［3］、光合速率降低［4］、產(chǎn)生活性氧甚至引起代謝損傷［5］等。

近年來(lái)，人們利用聚乙二醇（polyethylene glycol，PEG）對(duì)植物種子或幼苗進(jìn)行預(yù)處理，以增強(qiáng)植物的抗逆性。研究表明，PEG預(yù)處理能緩解植物在逆境脅迫下受到的傷害，如用一定濃度的PEG預(yù)處理栓皮櫟種子和青稞種子，可以促進(jìn)種子萌發(fā)［6-7］；利用適宜濃度的PEG預(yù)處理能夠提高水稻種子的耐鹽能力［8］。然而，有關(guān)PEG預(yù)處理對(duì)水稻幼苗根系耐鹽性的影響鮮見(jiàn)報(bào)道。因此，本文用 PEG對(duì)水稻幼苗進(jìn)行預(yù)處理，研究PEG對(duì)水稻幼苗根系耐鹽性的影響。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)材料為遼星1號(hào)水稻。選取顆粒飽滿、大小一致的種子，用3%H2O2浸泡10 min，28℃恒溫箱浸種24 h，用蒸餾水反復(fù)沖洗后催芽24 h，播種于600 mL帶紗網(wǎng)的燒杯上，利用Hoagland完全營(yíng)養(yǎng)液在光照培養(yǎng)箱內(nèi)培養(yǎng)。培養(yǎng)期間每隔2～3 d更換1次營(yíng)養(yǎng)液。培養(yǎng)7 d后作如下處理：PEG預(yù)處理組先用含10%PEG-6000 的Hoagland完全營(yíng)養(yǎng)液培養(yǎng)3 d，然后用完全培養(yǎng)液培養(yǎng)3 d，再用含100 mmol·L-1NaCl的營(yíng)養(yǎng)液進(jìn)行鹽脅迫3 d；鹽脅迫組先用Hoagland完全營(yíng)養(yǎng)液培養(yǎng)6 d，再用含100 mmol·L-1NaCl的營(yíng)養(yǎng)液脅迫培養(yǎng)3 d；Hoagland完全營(yíng)養(yǎng)液培養(yǎng)作為對(duì)照。試驗(yàn)重復(fù)3次。

1.2 測(cè)定方法

根系相對(duì)含水量的測(cè)定采用烘干法［9］；根系活力（TTF含量）的測(cè)定采用氯化三苯基四氮唑法［9］；MDA含量的測(cè)定采用硫代巴比妥酸（TBA）比色法［9］；超氧化物歧化酶（SOD）活性采用氯化硝基四氮唑（NBT）光氧化還原測(cè)定法［10］；過(guò)氧化物酶（POD）活性測(cè)定采用愈創(chuàng)木酚法［11］；過(guò)氧化氫酶（CAT）活性測(cè)定采用紫外分光光度計(jì)法［9］；抗壞血酸過(guò)氧化物酶（APX）活性參考Nakano等［12］的方法。

1.3 數(shù)據(jù)處理

采用SPSS 16.0對(duì)不同處理下水稻幼苗根系的相對(duì)含水量、根系活力、MDA含量及抗氧化酶活性進(jìn)行LSD最小顯著性差異分析（least-significant difference，one-way，ANOVA，P＜0.05），利用Excel軟件作圖。

圖1 PEG預(yù)處理對(duì)鹽脅迫下水稻幼苗根系相對(duì)含水量的影響Fig.1 Effects of PEG pretreatment on relative water content of rice seedling roots under salt stress

2 結(jié)果與分析

2.1 PEG預(yù)處理對(duì)鹽脅迫下水稻幼苗根系含水量的影響

處理第1天，PEG預(yù)處理組水稻幼苗根系相對(duì)含水量顯著低于鹽脅迫處理和對(duì)照組；隨著鹽脅迫時(shí)間的延長(zhǎng)，PEG預(yù)處理和鹽脅迫處理的水稻幼苗根系相對(duì)含水量都呈下降趨勢(shì)，但PEG預(yù)處理組的下降程度始終低于鹽脅迫組（圖1）。

2.2 PEG預(yù)處理對(duì)鹽脅迫下水稻幼苗根系活力的影響

隨著鹽脅迫時(shí)間的延長(zhǎng)，鹽脅迫組水稻幼苗根系TTF含量呈先升后降再升的趨勢(shì)，第2、3天鹽脅迫組TTF含量均顯著低于對(duì)照組和PEG預(yù)處理組（P＜0.05）；第2天，PEG預(yù)處理組TTF含量顯著高于對(duì)照組（圖2）。可見(jiàn)PEG預(yù)處理可提高水稻根系活力，增強(qiáng)其耐鹽性。

2.3 PEG預(yù)處理對(duì)鹽脅迫下水稻幼苗根系MDA含量的影響

處理第1天，鹽脅迫組水稻幼苗根系MDA含量與對(duì)照差異不顯著；隨處理時(shí)間的延長(zhǎng)，鹽脅迫處理的水稻幼苗根系MDA含量顯著高于對(duì)照（P＜0.05）（圖3），可見(jiàn)鹽脅迫對(duì)水稻幼苗根系的膜系統(tǒng)造成了傷害。而PEG預(yù)處理的水稻幼苗根系MDA含量在處理后期顯著低于鹽脅迫組，表明PEG預(yù)處理可以緩解鹽脅迫對(duì)水稻幼苗根系膜系統(tǒng)的傷害。

圖2 PEG預(yù)處理對(duì)鹽脅迫下水稻幼苗根系活力的影響Fig.2 Effects of PEG pretreatment on root energy of rice seedling under salt stress

圖3 PEG預(yù)處理對(duì)鹽脅迫下水稻幼苗根系MDA含量的影響Fig.3 Effects of PEG pretreatment on MDA content of rice seedling roots under salt stress

2.4 PEG預(yù)處理對(duì)鹽脅迫下水稻幼苗根系抗氧化酶活性的影響

植物體內(nèi)的抗氧化酶系統(tǒng)是活性氧的有效清除劑之一，植物細(xì)胞內(nèi)的抗氧化酶包括SOD、POD、CAT、APX等。由圖4可知，隨著處理時(shí)間的延長(zhǎng)，PEG預(yù)處理的水稻幼苗根系SOD活性持續(xù)高于鹽處理組和對(duì)照組，其中，處理第1、2天，PEG預(yù)處理組水稻幼苗根系SOD活性顯著高于鹽處理組和對(duì)照組（P＜0.05）（圖4），表明PEG預(yù)處理可以提高水稻幼苗根系的SOD活性，增強(qiáng)鹽耐受能力。

圖4 PEG預(yù)處理對(duì)鹽脅迫下水稻幼苗根系抗氧化酶活性的影響Fig.4 Effects of PEG pretreatment on antioxidant enzymes activity of rice seedling roots under salt stress

3個(gè)處理組的水稻幼苗根系POD活性差異不顯著。處理1—3 d，鹽處理組的水稻幼苗根系POD活性高于對(duì)照，但差異不顯著；處理第2天，PEG預(yù)處理的水稻幼苗根系POD活性低于鹽處理組和對(duì)照組，到第3天則高于鹽處理組和對(duì)照組，差異均不顯著（圖4）。

處理第1、2天，3個(gè)處理的水稻幼苗根系CAT活性變化趨勢(shì)與POD活性相類似，差異均不顯著；但在第3天，PEG預(yù)處理組的水稻幼苗根系CAT活性顯著高于鹽處理組和對(duì)照組（圖4）。

處理第1天，鹽脅迫組和PEG預(yù)處理組的水稻幼苗根系A(chǔ)PX活性顯著高于對(duì)照（P＜0.05）；隨處理時(shí)間的延長(zhǎng)，鹽脅迫組APX活性逐漸降低，到第3天，鹽脅迫組的根系A(chǔ)PX活性略低于對(duì)照。而在整個(gè)處理過(guò)程中，PEG預(yù)處理組的水稻幼苗根系A(chǔ)PX活性始終高于鹽脅迫組（圖4）。

3 討論

在逆境脅迫下，植物體內(nèi)的含水量越高，其抗逆性越強(qiáng)。本研究表明，PEG預(yù)處理的水稻幼苗根系含水量高于鹽處理組，表明PEG預(yù)處理可提高水稻幼苗根系含水量。MDA作為膜質(zhì)過(guò)氧化的產(chǎn)物，其含量常常作為衡量植物在逆境脅迫下膜系統(tǒng)受傷害程度的指標(biāo)。本研究顯示，鹽脅迫下水稻幼苗根系MDA含量逐漸升高，這與李暢等［5］在鹿角杜鵑種子中的研究基本一致；PEG預(yù)處理可以顯著降低鹽脅迫下水稻幼苗根系的MDA含量，進(jìn)而減輕鹽脅迫對(duì)水稻幼苗的傷害。植物體內(nèi)的氯化硝基四氮唑（TTC）可以被根系琥珀酸脫氫酶等還原成不溶于水的三苯基甲鐟（TTF），因此，TTF含量常常作為衡量植物根系活力的指標(biāo)。本研究表明，鹽脅迫下水稻幼苗TTF含量總體呈下降趨勢(shì)，但PEG預(yù)處理的水稻幼苗根系TTF含量卻隨鹽脅迫時(shí)間的延長(zhǎng)而升高，表明PEG預(yù)處理可以提高鹽脅迫下的水稻根系活性。

逆境脅迫下，植物體內(nèi)活性氧（ROS）的產(chǎn)生與清除無(wú)法達(dá)到平衡，且ROS的積累超出一定負(fù)荷時(shí)，植物將發(fā)生氧化脅迫。為避免活性氧累積帶來(lái)的危害，植物通過(guò)提高抗氧化酶（SOD、POD、CAT、APX等）活性來(lái)清除活性氧。本研究發(fā)現(xiàn)，鹽脅迫下水稻幼苗根系的POD、CAT活性總體上隨著脅迫時(shí)間的延長(zhǎng)逐漸升高，這一結(jié)果與Garg［13］等的研究相吻合。但鹽脅迫下SOD活性先下降，可能是用于鹽脅迫處理的NaCl濃度較低不足以迅速啟動(dòng)SOD保護(hù)機(jī)制，導(dǎo)致O-2產(chǎn)生而消耗了一部分SOD，之后SOD活性逐漸升高以清除累積的活性氧，這有待于進(jìn)一步研究。PEG預(yù)處理的水稻幼苗根系POD、CAT活性均呈先下降后上升的趨勢(shì)，這與李曉東等［14］和富春元等［15］的研究結(jié)果一致，PEG預(yù)處理的水稻幼苗根系SOD和APX活性持續(xù)高于鹽脅迫組，且前者SOD活性在第1天顯著高于后者，之后無(wú)明顯差異；而在第2天，PEG預(yù)處理的水稻幼苗根系A(chǔ)PX活性顯著高于鹽脅迫組，之后無(wú)顯著差異，這可能是由于SOD負(fù)責(zé)先將超氧化物歧化成H2O2，隨后由APX等酶清除H2O2所致。PEG預(yù)處理可以減少植物體內(nèi)活性氧的積累，從而減輕植物在逆境脅迫下受傷害的程度，推測(cè)PEG預(yù)處理通過(guò)刺激水稻幼苗根系細(xì)胞內(nèi)ROS的積累和信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)，使之發(fā)揮信號(hào)分子的功能，進(jìn)而增加水稻幼苗的抗鹽性。

（References）：

［1］ 吳運(yùn)榮，林宏偉，莫肖蓉.植物抗鹽分子機(jī)制及作物遺傳改良耐鹽性的研究進(jìn)展［J］.植物生理學(xué)報(bào)，2014，50 （11）：1621-1629. WU Y R，LIN H W，MO X R.Research progress in the mechanism of plant salt tolerance and genetic engineering of salt resistant crops.［J］.Plant Physiology Journal，2014，50 （11）：1621-1629.（in Chinese with English abstract）

［2］ 喬海龍，陳和，陳健，等.鹽分脅迫對(duì)大麥幼苗生理指標(biāo)的影響［J］.浙江農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào)，2011，23（2）：244-247. QAO H L，CHEN H，CHEN J，et al.Effects of salt stress on barley seedlings physiological characteristics［J］.Acta Agriculturae Zhejiangensis，2011，23（2）：244-247.（in Chinese with English abstract）

［3］ VASSILEVSKA-IVANOVA R，SHTEREVA L，KRAPTCHEV B，et al.Response of sunflower（Helianthus annuus L.）genotypes to PEG-mediated water stress［J］.Open Life Sciences，2014，9（12）：1206-1214.

［4］ 洪立洲，王茂文，丁海榮，等.NaCl脅迫對(duì)馬齒莧光合作用及葉綠素?zé)晒馓匦缘挠绊懀跩］.西北植物學(xué)報(bào)，2011，31（12）：2516-2521. HONG L Z，WANG M W，DING H R，et al.Characteristics of photosynthesis and chlorophyll fluorescence in Portulaca ol-eracea under NaCl stress［J］.Acta Botanica Boreali-Occidentalia Sinica，2011，31（12）：2516-2521.（in Chinese with English abstract）

［5］ 李暢，蘇家樂(lè)，劉曉青，等.干旱脅迫對(duì)鹿角杜鵑種子萌發(fā)和幼苗生理特性的影響［J］.西北植物學(xué)報(bào)，2015，35 （7）：1421-1427. LI C，SU J L，LIU X Q，et al.Effects of drought stress on seed germination and seedling physiological characteristics of Rhododendron latoucheae［J］.Acta Botanica Boreali-Occidentalia Sinica，2015，35（7）：1421-1427.（in Chinese with English abstract）

［6］ 姚曉華，吳昆侖.PEG預(yù)處理對(duì)青稞種子萌發(fā)和幼苗生理特性的影響［J］.西北植物學(xué)報(bào)，2012，32（7）：1403 -1411. YAO X H，WU K L.Effects of PEG pretreatment on germination and growth physiology of hulless barley［J］.Acta Botanica Boreali-Occidentalia Sinica，2012，32（7）：1403-1411. （in Chinese with English abstract）

［7］ 李志萍，張文輝，崔豫川.PEG模擬干旱脅迫對(duì)栓皮櫟種子萌發(fā)及生長(zhǎng)生理的影響［J］.西北植物學(xué)報(bào)，2013，33 （10）：2043-2049. LI Z P，ZHANG W H，CUI Y C.Effects of PEG simulated drought stress on seed germination and growth physiology of Quercus variabilis［J］.Acta Botanica Boreali-Occidentalia Sinica，，2013，33（10）：2043-2049.（in Chinese with English abstract）

［8］ 徐芬芬.PEG預(yù)處理對(duì)水稻種子萌發(fā)期鹽脅迫的緩解效應(yīng)［J］.雜交水稻，2013，28（3）：72-74. XU F F.Alleviating effects of PEG pretreatment on rice seed germination under salt stress［J］.Hybrid Rice，2013，28 （3）：72-74.（in Chinese with English abstract）

［9］ 張志良.植物生理學(xué)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)［M］.北京：高等教育出版社，2009.

［10］ 朱廣廉.植物生理學(xué)實(shí)驗(yàn)［M］.北京：北京大學(xué)出版社，1988.

［11］ 張志良，瞿偉菁.植物生理學(xué)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)［M］.3版.北京：高等教育出版社，2004.

［12］ NAKANO Y，ASADA K.Hydrogen peroxide is scavenged by ascorbate-specific peroxidase in spinach chloroplasts［J］. Plant and Cell Physiology，1981，22（5）：867-880.

［13］ GARG N，CHANDEL S.Role of arbuscular mycorrhiza in arresting reactive oxygen species（ROS）and strengthening antioxidant defense in Cajanus cajan（L.）Millsp.nodules under salinity（NaCl）and cadmium（Cd）stress［J］.Plant Growth Regulation，2015，75（2）：521-534.

［14］ 劉曉東，李洋洋，何淼.PEG模擬干旱脅迫對(duì)玉帶草生理特性的影響［J］.草業(yè)科學(xué)，2012，29（5）：687-693. LIU X D，LI Y Y，HE M.Physiological characteristics of Phalaris arundinacea cv.Picta under drought stress simulated by PEG［J］.Pratacultural Science，2012，29（5）：687-693.（in Chinese with English abstract）

［15］ 富春元，張淑娟，魚(yú)昭君，等.PEG模擬干旱脅迫對(duì)葉緣裂刻小白菜生理特性的影響［J］.西北農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào)，2014，23（5）：139-145. FU C Y，ZHANG S J，YU Z J，et al.Effects of drought stress simulated by PEG 6000 on physiological characteristics of lobe-leafed non-heading chinese cabbage（Brassica rapa ssp.chinensis）［J］.Acta Agriculturae Boreali-occidentalis Sinica，2014，23（5）：139-145.（in Chinese with English abstract）

（責(zé)任編輯 侯春曉）

Effect of PEG pretreatment on antioxidant enzymes activity under salt stress in root of rice seedling

MEI Ying-xue，WEI Wei，ZHANG Shi-wan，ZHANG Yun-lu，WANG Jin-yuan，WANG Qian，SU Xin，MA Lian-ju*
（College of Life Science，Shenyang Normal University，Shengyang 110034，China）

Effects of PEG pretreatment on rice Liaoxing 1 seedling root antioxidative activities stressed by salt stress were studied.The experiment materials were dealt with 10%PEG-6000 pretreatment for 3 d，next rewatered for 3 d，and then stressed for 3 d with 100 mmol·L-1NaCl.Water content，root activity，MDA content and antioxidant enzymes（SOD，POD，CAT，APX）activity in rice seedling roots were determined.The results showed that MDA content of PEG pretreatment in roots of rice seedling was significantly lower than that of salt stressed（P＜0.05）；However，water content，root activity and activities of antioxidant enzymes with PEG pretreatment were higher than those of salt stressed.This showed that PEG pretreatment could improve the resistance of rice seedlings and alleviate the damage of salt stress on rice seedlings.

PEG pretreatment；salt stress；rice；antioxidant enzyme activity

S511

A

1004-1524（2016）08-1304-05

10.3969/j.issn.1004-1524.2016.08.05

2015-11-24

國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目（31270369）；沈陽(yáng)師范大學(xué)生態(tài)與環(huán)境研究中心主任基金資助項(xiàng)目（EERC-K-201406）；沈陽(yáng)師范大學(xué)“大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃”項(xiàng)目；北方粳稻遺傳育種省部共建教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/農(nóng)業(yè)部東北水稻生物學(xué)與遺傳育種重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室（沈陽(yáng)農(nóng)業(yè)大學(xué)）開(kāi)放課題

梅映學(xué)（1990—），女，遼寧葫蘆島人，碩士研究生，從事生物化學(xué)與分子生物學(xué)研究。E-mail：myxdsy@126.com
*

，馬蓮菊，E-mail：744289467@qq.com